Fraunhofer IKTS Blog

In Deutschland werden knapp 70 Prozent der industriell genutzten Energie für thermische Prozesse aufgewendet. Insbesondere hinsichtlich der Energieeffizienz, CO₂-Reduktion und Ressourcenschonung gilt es, komplexe Fragestellungen zu beantworten. Die Arbeitsgruppe »Thermische Analyse und Thermophysik« am Fraunhofer IKTS geht thermischen Prozessen seit 30 Jahren auf den Grund. Seither hat sich auch in den Laboren viel getan: Die einfachen Messgeräte mit analoger Datenausgabe für thermoanalytische und thermophysikalische Parameter wurden durch moderne, digitale Anlagen ersetzt. Im Zuge der Digitalisierung werden die Daten zunehmend gekoppelt und für die Modellierung thermischer Prozesse und Bauteileigenschaften nutzbar gemacht.

Ein digitaler Zwilling ist der virtuelle Nachbau eines Objekts, quasi sein Spiegelbild. Es besteht aus Daten und Modellen – und kann das Verhalten des Objekts beschreiben oder vorhersagen. Über virtuelle Tests, Simulationen und Risikoanalysen können Probleme frühzeitig erkannt und der Wartungsaufwand gesenkt werden. Die Daten auf deren Grundlage der Digital Twin arbeitet, müssen im Vorfeld bestimmt werden. An solchen Sensoren, d. h. Messfühlern, die die benötigten Daten messen und bereitstellen, arbeitet das Fraunhofer IKTS.

Um die Ozeane von umweltschädlichen Schwermetallen und Bioziden zu entlasten, entwickeln IKTS-Forscherinnen derzeit in Rostock und Dresden neuartige Keramikbeschichtungen für Schiffe und Meeresplattformen. Diese besonders beständigen und nachhaltigen Schutzschichten sollen Organismen möglichst schonend davon abhalten, die maritimen Strukturen zu überwuchern. Und bei diesen Forschungen geht es oft stürmisch zu.

Ob Edelmetalltinte für ein Medikamenten-Testkit, keramische Siebdruckpaste für Hightech-Sensoren oder Glaslotpaste zum luftdichten Fügen keramischer Brennstoffzellen – für jede Anwendung entwickelt Dr. Sindy Mosch und ihr Team die passende Funktionsschicht. Ein vielseitiger und spannender Job, findet die Werkstoffwissenschaftlerin.

Die Mobilfunk-Technologie ist weniger als 25 Jahre alt und hat bereits mehrere entscheidende Entwicklungsschritte genommen. Für Applikationen wie dem autonomen Fahren werden aber noch viel höhere Datenraten benötigt. Anvisiertes weltweites Ziel ist es, bis 2030 die Datenrate von 20 Gigabit pro Sekunde bei einer Latenz von 1 Millisekunde (5G) auf ganze 1 Terabit pro Sekunde bei lediglich 0,1 Millisekunde Latenz (6G) zu heben. Keramische Substratwerkstoffe und angepasste Dickschichtpasten und Tinten können hierbei einen signifikanten Beitrag leisten.

Um winzigste Verunreinigungen in Bierhefe oder kleinste Erbgut-Fragmente in Blutproben zu finden, werden beispielweise bei der Lebensmittelherstellung oder in medizinischen Laboren Photomultiplier genutzt. Das sind ultrapräzise Detektoren, die Lichteffekte von nur geringer Intensität erfassen und zuverlässig messen können. Damit sich diese optoelektronischen Sensoren künftig noch viel breiter einsetzen lassen, haben das Messtechnik-Unternehmen ProxiVision und Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS gemeinsam additiv gefertigte Photomultiplier entwickelt. Damit wird es möglich sein, die Sensoren schnell und flexibel auf immer neue Einsatzszenarien anzupassen.

Hohe wirtschaftliche und umwelttechnische Vorteile entstehen, wenn Zeolith-Membranen zum Entwässern von organischen Stoffströmen eingesetzt werden. Das haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Pilotversuchen für die indirekte Erdgastrocknung sowie die Alkohol-Kreislaufführung erprobt und validiert. Hiervon können nun viele Anlagenbetreiber profitieren, ob aus der Erdgas-, Pharma-, Chemie- oder Lebensmittelindustrie.

In den vergangenen Jahren konnte aufgrund intensiver Entwicklung der ESK-SIC GmbH und des Fraunhofer IKTS ein neues Recyclingverfahren entwickelt werden, mit dem sich der nicht nutzbare SiC-Ausschuss zu hochwertigem, beinahe 100%igem SiC recyclen lässt. Der Prozess emittiert dabei nur 0,75 Tonnen CO₂ je Tonne SiC und erzeugt einen qualitativ hochwertigen SiC-Ausgangsstoff, der für die Produktion von Komponenten genutzt werden kann.

Piezo-Systemlösungen eignen sich für eine Vielzahl von sensorischen Anwendungen im Bereich der Medizintechnik, der Ultraschallerzeugung oder aber auch bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Der Herstellungsprozess ist komplex und kann bei ungeeigneter Bauteilauslegung oder Fehlern in der Polungsprozessführung zu einer Zerstörung des Bauteils führen. Aus diesem Grund ist das Fraunhofer IKTS auf verschiedene Prototyping-Verfahren spezialisiert: Der Vorteil: Zeit- und Ressourcenaufwand werden durch computergestützte Methoden auf ein Minimum reduziert, bei gleichzeitiger Optimierung der Produkteigenschaften.

Fast jeder hat sie: individuell bedruckte Kaffeetassen. Im Grafikbereich ist der Siebdruck auf runden Oberflächen fest etabliert, im Elektronikbereich bisher nur eine Nischenanwendung. Dabei verspricht der Rundsiebdruck und auch andere neue Druckverfahren wie das Dispens-Jetting deutliche Effizienzsteigerungen. Mit optimal aufeinander abgestimmten Druckverfahren, Dickschichtpasten und keramischen Substraten drucken Forschende des Fraunhofer IKTS hocheffiziente miniaturisierte Heizer und Sensoren auf Rohre und 3D-gedruckte Bauteile und ermöglichen damit völlig neue Produktmöglichkeiten für vielfältige Anwendungen. Dabei ist das IKTS offen für Unternehmen, die diese Technologien nutzen möchten, um die Funktionalität der eigenen Produkte signifikant zu erweitern.